票務多元化支付在旅游軌道交通的應用研究

劉 暢

(中鐵磁浮交通投資建設有限公司 湖北武漢 430060)

1 研究背景

清遠市磁浮旅游專線(以下簡稱項目或本線)為國內第一條以服務旅游為主要功能的中低速磁浮線路[1]。項目位于廣東省清遠市，連接廣清城際銀盞站與長隆主題公園，是提高長隆旅游度假區游客運輸能力、加強廣清城際旅客集散能力、服務廣清一體化的綠色交通基礎設施。項目一期全長8.014 km，設車站4座(含預留站1座)，線路走向如圖1所示。中低速磁浮交通技術在長沙磁浮快線、北京S1線、鳳凰磁浮文化旅游線等項目中得到推廣應用，中國鐵建已形成中低速磁浮交通系統全套技術標準體系[2－3]。

圖1 清遠市磁浮旅游專線線路走向和站點分布

項目由企業方與政府方共同出資，采用“股權投資＋EPC＋運營”的合作模式，由企業方負責項目的資金籌措、建設實施、運營管理、養護維修等工作，政府授予企業一定期限的特許經營權。項目的全生命周期凈收益能否平衡建設和運營的資金需求并為企業創造合理收益是企業投資決策和建設運營管理過程中始終關注的重點問題。

客票收入是本項目運營期收入的重要來源，為給旅客提供便捷購檢票體驗，提高服務質量，項目以城市軌道交通自動售檢票系統為基礎，充分利用粵港澳大灣區綜合交通“一卡通”、“一碼通”平臺建設成果，以互聯網多元化支付為主要支付手段，提高了支付效率、優化了設備配置、簡化了管理流程、降低了綜合運營成本。

2 支付方式現狀分析

自1998年廣州地鐵1號線建設自動售檢票(AFC)系統以來[4]，AFC系統成為國內絕大多數城市軌道交通工程的必建系統，是運營管理體系的先進手段之一。

2.1 傳統支付方式

AFC系統傳統支付方式主要包括現金支付、儲值卡支付、車票圈存、銀行卡支付等方式。

(1)現金支付

現金支付是乘客在自動售票機(TVM)，半自動售票機(BOM)或綜合服務終端上用硬幣、紙幣購買單程票、儲值票，給儲值票充值，并按相應工況和系統設置進行硬幣和紙幣找零、退款。TVM、BOM按規則出票，乘客持票按進站、出站順序乘車。

(2)儲值卡支付

儲值卡是由軌道交通線路發行或由城市一卡通公司統一發行的預付費卡。乘客可使用儲值卡在TVM、BOM上支付購票，也可直接刷卡過閘，并可在兼容的終端上進行小額消費。新建軌道交通項目一般情況下均接受項目所在地的市政交通一卡通在本線使用。2015年5月，交通運輸部發布《城市公共交通IC卡技術規范》(JT/T 978—2015)，全國交通一卡通數據交換中心開始建設，截止2020年12月，全國303個地級市實現交通一卡通互聯互通。2021年，浙江、山西、江蘇等省市在第三代社保卡上加載交通一卡通功能。

(3)圈存支付和銀行卡支付

圈存支付方式是具有一定權限的乘客可以購買的允許一定透支額度的專用車票支付方式。當余額不足以支付當前交易時，售檢票終端先允許本次交易，不足部分由AFC后臺與銀行系統后臺根據協議從乘客銀行賬號轉帳存入。

銀行卡支付方式則更為直接，乘客直接使用符合中國人民銀行《中國金融集成電路(IC)卡規范》(PBOC 3.0)的銀行卡購票或刷卡乘車。

(4)運營商主導的手機支付

為實現安全快速通行，傳統AFC系統各類交易主要以脫機方式完成，由 TVM，BOM，自動檢票機(AGM)等現場設備根據配置參數獨立完成。交易數據在設定的時間間隔內或檢測到系統負載壓力不大時上傳上級系統匯總。

隨著手機的普及，利用手機或手機內的SIM卡模擬AFC系統票卡的技術路線于2010年前后開始迅速發展，主要分為 RF-SIM、SIMpass、NFC三類，分別得到國內三大電信運營商的支持。RF-SIM在廣鐵集團運營的廣深鐵路上也得到推廣應用。這三類技術需要更換手機SIM卡或更換手機才能使用，受電信運營商、手機制造商的主導和影響較大，隨著智能手機的普及，此類技術發展趨于停滯。

2.2 互聯網多元化支付方式

互聯網技術的發展、4G/5G移動通信網絡覆蓋率的提升以及智能手機的普及促使“互聯網＋”的理念融入傳統AFC系統，支付方式更加便利和多元化，AFC系統的車票從實體卡片逐漸演變成乘坐軌道交通的虛擬憑證[5]。從人體生物識別技術(人臉識別、虹膜識別、掌靜脈識別等)的角度看，乘客身體本身也成為了車票介質。目前在軌道交通AFC系統常用的多元化支付方式可以分為三類:基于圖像識別技術的支付、基于NFC技術的支付[6]、線上購票現場取票的支付。

(1)基于圖像識別技術的支付

此類支付方式主要以二維碼為載體，目前廣泛采用的是快速響應矩陣(Quick Response Code，QRCode)標準(ISO/IEC 18004:2015)。條形碼和二維碼差異如圖2所示。

圖2 條形碼與二維碼外觀比較

二維碼乘車主要有3種模式:

①用戶主動掃碼。BOM、TVM購票界面生成聚合支付二維碼，乘客使用支付寶、微信、云閃付或其他APP掃碼支付成功后，換取單程票或家庭票乘車。

②用戶被動掃碼。乘客在手機APP上選擇選擇起點站和終點站，生成訂單及對應的二維碼，由BOM、TVM配置的掃碼模塊對手機APP上生成二維碼掃碼扣款后售出車票。

③掃碼過閘。旅客在進閘、出閘均需用手機APP生成的二維碼刷碼過閘。此種模式技術復雜度較高，一般有脫機生碼聯機驗碼、聯機生碼脫機驗碼、脫機生碼脫機驗碼等方案[7]，各軌道公司、廠家支持的方案各有不同，行業內已逐步開展統一標準和互聯互通工作。2020年底，長三角“三省一市”實現二維碼乘車互聯互通全覆蓋。

(2)基于近場通信技術(NFC)的支付

基于NFC技術的手機移動支付發展為主機卡模擬(HCE)方案和全終端方案。這兩種技術與前文提到的運營商主導的NFC手機支付相比，最大的區別在于安全單元(SE)為手機軟件模擬或手機自帶SE芯片。HCE方案和全終端方案為目前的主流方案，銀聯云閃付采用前者，Apple Pay、Huawei Pay等手機廠商多采用后者。

(3)線上購票現場取票

此種方式是在網站或手機APP上購票后，通過短信、手機號、二維碼等支付憑證到車站BOM或TVM換取車票后乘車或掃碼過閘。此種方式在鐵路12306系統中使用廣泛，城市軌道交通領域有應用但普及率不高。

3 系統建設原則

AFC系統支付方式和車票制式的選擇影響系統整體架構、設備選型、建設時序、外部接口、運營管理規程等各個方面，最終影響工程造價、管理成本、運營收益，選擇合適的支付方案是建設AFC系統的基礎。

經預測，本線開通初期旺季節假日日均客運量2.23萬人次，80%以上是外地游客。客流集散量最大的車站為銀盞站，此站為廣清城際與本線的換乘站。廣清城際擬采用CRH6A型動車組，單列最大載客量約1 480人。按傳統以單程票或儲值類票為主要支付手段的模式測算，一列滿載的廣清城際列車到銀盞站后，若80%的旅客選擇乘坐磁浮列車且其中60%的旅客購買單程票，按銀盞站配置10臺TVM，TVM以3～4人/(min·臺)的速度售票，最快需22.2 min完成售票。考慮到大部分旅客為初次乘坐本線，實際售票時間將會超過30 min，超過本線10 min發車間隔，易造成旅客擁塞滯留。

傳統購票方式的特征是乘客必須在TVM或BOM等實體終端設備查詢目的地、確認目的地、確認票數、確認費用、支付、找零、取票。AFC系統在單位時間可售出票的總量基本取決于設備數量，而設備數量直接影響工程造價，并間接影響其他相關系統(例如建筑、結構、電力、暖通等)。沿用常規軌道交通AFC系統的設計原則無法適應本線客流特征和運營需求，需采用“互聯網多元化支付為主，儲值票為輔，現金支付補充”的建設原則。

4 實施技術要點

4.1 精簡系統架構

標準AFC系統采用5層系統架構:清分中心(ACC)—線路中心(LCC)—車站計算機(SC)—車站終端設備(SLE)—車票[8]。隨著各城市軌道交通線網規模的擴大，為降低研發、采購和維護費用，減少電力、人力、用房等資源的占用，線路中心逐漸演變為多線路中心(MLC)[9]或區域中心(ZLC)[10]。近年來，成都、鄭州、溫州、洛陽等城市陸續將ACC和LCC兩層整合，形成4層系統架構。一些城市則更進一步將互聯網支付功能與AFC系統同步建設，并部署在“城軌云”上[11]。

清遠市本地發行的市民卡系統僅應用于公交、旅游景點、小額支付等領域，不支持軌道交通分段計程票制及各種優惠計費方式，因此本線獨立建設ACC，以滿足清遠磁浮AFC系統的使用要求并與第三方、銀行、卡公司等單位清分清算。根據項目一期、二期工程整體規模，結合近遠期客流預測以及沿線市政基礎設施建設情況，AFC系統采用ACC—SC—SLE—車票4層架構建設。ACC融合互聯網多元支付子系統，整體設計建設。一期工程由ACC作為全系統統一的互聯網出口，系統整體拓撲結構如圖3所示。待二期工程啟動建設時，將進一步研究在銀盞站或長隆主題公園站建立第2條互聯網通道，實現不同物理徑路雙鏈路冗余。

圖3 AFC系統整體拓撲結構

4.2 SLE功能模塊配置

SLE設備(BOM、TVM、AGM等)直接與乘客交互，需根據支付方式的偏好進行功能模塊調整。合理有效的功能模塊配置能有效引導乘客的使用習慣[12]，及時集疏人流。

為處理硬幣和紙幣，傳統TVM需配置紙幣模塊、紙幣找零模塊、硬幣處理模塊、錢箱，如果接受銀行卡購票，還需配置銀行卡讀寫模塊，以上功能模塊根據技術要求和采購情況，約占TVM成本的47%～65%。本線將現金支付交易定位為補充手段后，計劃各站保留2臺TVM按全功能運營，其余TVM僅提供互聯網支付功能，AFC系統整體工程費用可降低約10.2%，TVM設備故障率降低，使用率提高。

各站2臺全功能TVM可由ACC或SC遠程設置成交替提供現金支付服務的模式，正常情況下其中1臺TVM提供現金支付服務，另1臺僅提供無現金服務，發生機械故障、錢箱飽和或找零紙幣不足等情況時，前1臺TVM降級為非現金模式，后1臺自動啟動現金服務模式，減少站務員現金回收、補幣、故障排查的工作量和反應時間，進一步控制運營成本。

AGM設置3種類型:進站檢票機、出站檢票機和雙向寬通道檢票機，均配置掃碼模塊。出站檢票機與進站檢票機相比增加了單程票回收模塊和回收箱，占出站檢票機成本的8%～10%，對AFC系統的建設成本影響不大，而外地旅客持單程票乘車仍占總業務量一定比例，因此各站除2臺雙向寬通道檢票機設置為純互聯網檢票機并加裝人臉識別模塊(見圖4)外，其余出站檢票機按常規配置單程票回收模塊和回收箱。

圖4 配置人臉識別模塊的自動檢票機

本線各車站配置有便攜式驗票機(PCA)，在超高峰運營時段或特殊情況下，站務員可持PCA開放臨時檢票通道。

4.3 統一標準和互聯互通

廣東省，尤其是珠三角地區，受益于改革開放和經濟高速發展，交通運輸發展水平和智能化程度始終處在全國前列。廣州、深圳、佛山、中山等地在2010年前即規劃建設了公交一卡通系統。2011年，按照《全省公交一卡通實施方案》，廣東省發行了“嶺南通”卡，可在全省公交、地鐵、輕軌、有軌電車、APM、BRT等各種公共交通工具使用。嶺南通卡符合交通運輸部一卡通技術規范，可在全國范圍內刷卡乘坐加入“交通聯合”的交通工具。2015年2月，嶺南通實現在廣東省全部21個地級市全覆蓋。據統計，高峰時期廣州地鐵有80%以上客流使用“嶺南通·羊城通”乘車。借助智能手機和Apple Pay、Huawei Pay、HCE云卡技術，嶺南通實現了從實體卡向虛擬卡的延伸，適用領域進一步擴大。本線AFC系統票卡標準兼容嶺南通標準，SLE加裝符合嶺南通標準的SAM卡，大灣區乘客及清遠市民可持所在城市的一卡通無障礙乘坐本線。

本線二維碼業務的軟硬件配置按全兼容模式考慮，隨著商務合作協議的進展，逐步開通各項功能。一期工程暫不考慮自行發碼和自建手機APP，接受支付寶乘車碼、微信乘車碼和符合《交通一卡通二維碼支付技術規范》(JT/T 1179—2018)標準的二維碼在本線掃碼過閘。

4.4 人臉識別過閘

人臉識別技術在城市軌道交通AFC領域已開展試點應用，北京、深圳、廣州、濟南已開展試運營或試點。人臉識別技術是以人的臉部特征值為比對對象，經前端設備或系統后臺分析比對后，控制AGM放行的技術。應用時分以下5個關鍵環節:

(1)人臉注冊，建立人臉信息庫，關聯乘客信息和支付賬戶。

(2)乘客過閘，人臉識別模塊截取人臉。

(3)人臉識別模塊前端提取特征值或通過AFC專網上傳至系統后臺提取特征值。本線采用前端提取特征值的模式，以便降低AFC網絡荷載，加快識別速度。

(4)后臺比對特征值，根據比對結果向閘機下達開放指令或拒絕指令。

(5)匹配OD，交易信息上傳第三方支付平臺，完成扣費。

本線運營初期為非實名制乘車，人臉識別采取1∶N比對方式，需要將采集的人臉信息與人臉庫中的N個特征值進行比對。已正式商用的軌道交通人臉數據庫的規模為100萬級別，由于本線乘客主要為初次訪問的游客，短期內再次訪問的概率不大，人臉識別技術也處在探索試用階段，因此一期工程暫按10萬級別建設，滿足VIP乘客、員工、特殊人群的“無感支付”出行。二期建設中，隨著沿線通勤客流的增加，將考慮擴大數據庫規模，同時探索使用百度云、騰訊云或其他符合監管要求的第三方提供的公共人臉識別服務。

5 結束語

旅游軌道交通AFC系統有其自身特點，應綜合考慮項目客流特征、工程性質、基礎設施情況、多元化支付習慣等多方面因素，開展針對性研究和客制化設計。

圍繞多元化支付方式，清遠磁浮AFC系統精簡了系統架構、優化了現場設備配置，以標準統一為基礎，增強了與區域內“一卡通”、“一碼通”的互聯互通，將降低對票卡和現金的周轉需要，同步減少運營維護工作量，對旅游軌道交通AFC系統建設運營做出了有益探索。